DE4131200C2 - Schaltungsanordnung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1. Derartige Schaltungsanordnungen
sind aus der Literatur hinlänglich bekannt.
DE 33 23 246 A1 beschreibt eine solche Schaltungsanordnung mit
wenigstens einer Trägerplatte, die mindestens ein zu kühlendes
chipförmiges Bauelement, insbesondere Halbleiterbauelement,
Kontaktflächen, Verbindungselemente und einem
Kühlbauteil aufweist. Hier wird gleichfalls eine Verstrebung
zum Aufbau der Schaltungsanordnung genutzt, diese Verstrebung
besitzt Abstützungen zur Stabilisierung der Substrate in
ihrer Lage und Form. Mit diesen Verstrebungen kommt dieser Stand
der Technik der eigenen Erfindung nahe, wenn sich auch der
übrige Aufbau durch das Anwenden von Löttechnik und Hartverguß
wesentlich von den erfindungsgemäßen Maßnahmen unterscheiden.
Eine weitere Schaltungsanordnung ist mit der DE 35 08 456 A1
bekannt. Dort ist die Trägerplatte, auf welcher mindestens ein
zu kühlendes chipförmiges Bauelement vorgesehen ist, in ein
Gehäuse eingeklebt und die Andrückvorrichtung wird mittels
Justierschrauben und Zwischenstücken gebildet. Die
Justierschrauben sind durch Verstrebungen des Gehäuses
durchgeschraubt.
Bei einer solchen Ausbildung der Schaltungsanordnung, wie sie in
DE 35 08 456 A1 beschrieben ist, kann insbesondere bei einer
langzeitig gegebenen Wärmebelastung der Schaltungsanordnung
nicht zuverlässig sichergestellt werden, daß der Anpreßdruck der
Andrückvorrichtung konstant aufrechterhalten wird, weil es zu
einem Nachgeben, z. B. Fließen, des Kunststoffmaterials des
Gehäuses kommen kann. Desgleichen kann es infolge mechanischer
Toleranzen der nicht nachgiebigen Zwischenstücke der
Andrückvorrichtung zu einem Kontakt-Druckverlust kommen.
Die DE 36 28 556 beschreibt eine Schaltungsanordnung, bei
welcher mindestens ein zu kühlendes chipförmiges Bauelement auf
einer Trägerplatte angeordnet und in eine Isolierstoffmasse
eingekapselt ist. Stromleiterteile des zu kühlenden chipförmigen
Bauelementes sind wenigstens stellenweise als Kontaktstücke zur
Druckkontaktierung ausgebildet. Die Stromleiterteile ragen auf
der von der Trägerplatte abgewandten Seite des Bauelementes aus
der Isolierstoffkapselung heraus. Diese Schaltungsanordnung ist
mit einem Kühlbauteil und einer Kontaktplatte ausgebildet. Die
Kontaktstücke sind vom Bauelement getrennt auf der Trägerplatte
angeordnet. Die Druckkontaktierung der Kontaktstücke ist
außerhalb der Isolierstoffkapselung vorgesehen und die
Kontaktplatte ist allen Kontaktstücken gemeinsam.
Eine andere Druckschrift, DE 36 43 288 A1, beschreibt
Druckkontaktvarianten, die gleichzeitig zur elektrischen
Verbindung schaltungsinterner Kontakte dienen. Die konstruktiven
Lösungen für eine Austauschbarkeit der einzelnen in
Modulbauweise zusammengefügten Bauteile wird beschrieben. In
dieser Veröffentlichung werden einzelne Druckkontakte für die
einzelnen Bauteilverbindungen beschrieben.
Eine interessante Lösung für ein Zündsteuergerät wird in
DE 38 37 975 A1 vorgestellt. Hier werden einzelne Baugruppen in
Hybridbauweise auf einen Trägerkörper angeordnet. Über die im
Gehäuserahmen integrierten Andrückelemente wird die Schaltung
gegen den Kühlkörper gepreßt.
In GM DE 88 08 767 U1 wird ein Bauelement in Modulbauweise mit
Druckkontaktaufbau beschrieben, bei dem der Gehäusedeckel als
Drückelement fungiert, als elastisches Element wird gleichzeitig
zur Abdichtung ein Gummikörper eingesetzt.
Ein Leistungshalbleitermodul, bestehend aus einer beidseitig
metallisierten Trägerplatte, die auf der Oberseite mit
Bauelementen bestückt, in ein Kunststoffgehäuse eingesetzt und
mit Vergußmasse abgedeckt wird, ist aus der DE 35 21 572 A1
bekannt. Dort wird vorgeschlagen, daß im Modul mindestens eine
Stütze auf dem Trägerkörper oder einem Bauelement angeordnet und
als ein erster Weichverguß eine elastomere Masse vorgesehen ist,
aus dem ein oberer Teil der Stütze/Stützen herausragt, und als
ein zweiter Verguß ein duroplastischer Kunststoff vorgesehen
ist, der den oberen Teil der mindestens einen Stütze überdeckt
und mit dem Gehäuse verbindet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einteiliges
Brückenelement für eine Schaltungsanordnung der eingangs
genannten Art darzustellen, das auch bei zeitlich wechselnder
mechanischer und thermischer Belastung einen konstanten
Anpreßdruck in der Schaltungsanordnung gewährleistet und die
einzelnen Bauteile der Schaltungsanordnung sicher
zusammendrückt, elektrisch kontaktiert oder in der Lage fixiert,
wobei ein einfacher Aufbau und eine zerstörungsfreie Demontage
aller einzelnen Schaltungsbauteile möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Schaltung der eingangs genannten
Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspru
ches 1. gelöst. Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schal
tungsanordnung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Durch das wärme- und formstabile und in sich elastische
Brückenelement ergibt sich der Vorteil, daß auch bei langzei
tig einwirkenden und/oder wechselnden mechanischen und/oder
thermischen Belastungen ein Nachgeben oder Fließen des Mate
riales ausgeschlossen ist, so daß der Preßdruck der Andrück
vorrichtung auf das mindestens eine zu kühlende Bauelement
und/oder auf die mindestens eine Trägerplatte jederzeit zuver
lässig aufrechterhalten und konstant bleibt. Das Brückenele
ment besteht vorzugsweise aus formstabilem Kunststoff. Das
Kühlbauteil kann einfach ebenflächig plattenförmig ausgebildet
sein, es ist jedoch auch möglich, Kühlrippen vorzusehen.
Insgesamt ist erfindungsgemäß eine Schaltungsanordnung mit
relativ kleinem Volumen und großer Leistungsdichte realisier
bar.
Eine bevorzugte Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungs
anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Drückeinrich
tung aus einem elektrisch isolierenden formstabilen und in
sich elastischem Material besteht, das direkt die zu drücken
den Schaltungsinnenaufbauten und auch die Schaltungsaußenauf
bauten miteinander funktionsgerecht und funktionssicher ver
bindet. Das als Andrückvorrichtung dienende Brückenelement
hat auf der dem Kühlbauteil zugewandten Seite in mindestens
annähernder Anpassung an die Profilierung der mindestens
einen Trägerplatte Ausnehmungen und Erhebungen ausgebildet.
Bei einer Schaltungsanordnung der zuletzt genannten Art kann
eine Ausnehmung oder können Ausnehmungen zur Fixierung und
Justierung einer Trägerplatte oder von Trägerplatten relativ
zueinander oder zum Kühlkörper vorgesehen werden. Desgleichen
können bei einer solchen Schaltungsanordnung Ausnehmungen zur
Fixierung und Justage von starren loslösbaren Verbindungsele
menten relativ zu der mindestens einen Trägerplatte vorgesehen
sein. Erhebungen können bei einer derartigen Schaltungsanord
nung unmittelbar gegen die mindestens eine Trägerplatte oder
gegen das mindestens eine an der entsprechenden Trägerplatte
angeordnete Bauelement drücken.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist außerdem die
besonderen Vorteile auf, daß sie sehr montage- und reparatur
freundlich ist, weil es problemlos möglich ist, eine schadhafte
Trägerplatte durch eine ungebrauchte neue oder andere funk
tionssichere Trägerplatte zu ersetzen. Zu diesem Zweck ist es
lediglich erforderlich, die Andrückvorrichtung vom Kühlbauteil
zu entfernen und die schadhafte Trägerplatte durch eine andere
entsprechende Trägerplatte zu ersetzen, wonach die Andrück
vorrichtung wiederum am Kühlbauteil befestigt werden kann.
Das erfolgt beispielhaft durch Schraub- und/oder Klemmver
bindungen. Vorteilhaft kann es sein, das Brückenelement mit
dem Kühlbauteil mittels federnder Verbindungselemente zu
verbinden, wodurch jegliches Nachgeben zwischen diesen Teilen
ausgeglichen werden kann.
Eine gegen Einflüsse von außen zuverlässig schützende Schal
tungsanordnung ergibt sich, wenn wenigstens eine Erhebung als
in sich geschlossener Dichtungswulst ausgebildet ist. Damit
können einzelne Bauelemente oder einzelne Trägerplatten oder
die gesamte Schaltungsanordnung abgedichtet und geschützt
werden.
Um eine zuverlässige Anpreßkraft zu gewährleisten, mit welcher
die mindestens eine Trägerplatte gegen das Kühlbauteil gedrückt
wird, um einen guten, großflächigen Wärmekontakt von der Trä
gerplatte zum Kühlbauteil zu erhalten und zu gewährleisten, ist
es vorteilhaft, wenn das Brückenelement in seinen für die Ver
bindung mit der Kühlplatte vorgesehenen Bezirken kompakt aus
geführt ist.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann das mindes
tens eine, auf der Trägerplatte angeordnete, zu kühlende Bau
element vollständig mit einer Vergußmasse bedeckt sein, wie
es in Form des Weichvergusses mittels Silikongummimasse üblich
ist.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung, die in einem
vergrößerten Maßstab einen Schnitt durch eine erste Ausführungs
form der Schaltungsanordnung darstellt.
Fig. 1 zeigt in einer Schnittdarstellung eine Schaltungsan
ordnung mit einem Kühlbauteil 12. Das Kühlbauteil 12 ist bei
dem in dieser Figur gezeichneten Ausführungsbeispiel der
Schaltungsanordnung als einfache Platte dargestellt. Auf dem
Kühlbauteil 12 ist eine Trägerplatte 14 angeordnet, die mit
Kontaktflächen 16 und auf der von den Kontaktflächen 16 abge
wandten Seite mit einer Metallschicht 18 versehen ist, um
zwischen Trägerplatte 14 und dem Kühlbauteil 12 eine gute
Wärmeleitung zu gewährleisten.
Auf der Trägerplatte 14 ist ein chipförmiges Bauelement 20
angeordnet, das Kontakte 22 und 24 aufweist. Der Kontakt 24
ist mit einer zugehörigen Kontaktfläche 16 der Trägerplatte 14
verbunden. Die Kontakte 22 des chipförmigen Bauelementes 20
sind mittels flexibler Verbindungselemente 26, z. B. mittels
Bonddrähten, mit zugehörigen Kontaktflächen 16 der Trägerplatte
14 elektrisch verbunden.
Von der Trägerplatte 14 getrennt ist auf dem Kühlbauteil 12
ein Substrat 28 mit Anschüssen 30, die voneinander mittels
einer Isolierung 34 galvanisch voneinander getrennt sind, ge
zeichnet. Dieses, auch in Form einer durchkontaktierten
Leiterplatte mit metallisierten Durchbohrungen 32 ausgebildete
Verbindungselement 40 kann über ein starres Verbindungselement 36
mit den entsprechenden Kontaktflächen 16 der Trägerplatte 14
elektrisch leitend verbunden werden.
Die Schaltungsanordnung weist eine Andrückvorrichtung 38, die
aus einem Brückenelement 42 besteht, auf. Das Brückenelement
42 ist an der dem Kühlbauteil 12 zugewandten Seite pro
filiert. Das Kühlbauteil und die Drückeinrichtung können lös
bar mechanisch miteinander verbunden werden, was durch die
dünnen strichpunktierten Linien 44 zwischen den axial fluch
tenden Durchgangslöchern 46, 48 angedeutet ist. Diese mechani
sche Verbindung kann durch Federelemente (nicht gezeichnet)
erfolgen, durch welche ein bestimmter Anpreßdruck aufrecht
erhalten wird. Bei diesen Federelementen handelt es sich
z. B. um an sich bekannte Federscheiben.
In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung im nicht zusammenge
bauten Zustand angedeutet, bei welcher die Drückeinrichtung
42 aus einem elektrisch isolierenden, wärme- und formstabilem
und in sich elastischem Material besteht. Als solches Material
eignet sich z. B. die an sich bekannte Formmasse aus ungesät
tigtem Polyester und/oder aus Polyester-Melamin. Das als
Drückeinrichtung dienende Brückenelement 42 ist auf seiner dem
Kühlbauteil zugewandten Seite 56 in mindestens annähernder An
passung an die Höhenprofilierung der Trägerplatte 14, des auf
der Trägerplatte angeordneten chipförmigen Bauelementes 20, der
Verbindungselemente 36 zwischen Trägerplatte 14 und der durchkon
taktierter Leiterplatte 40 mit Ausnehmungen 58, 60 und mit
Erhebungen 62 und 64 ausgebildet.
Die Ausnehmungen 58 , d. h. die in sich zusammenhängende Aus
nehmung 58 dient insbesondere der Justierung der Trägerplatte
14 in bezug auf das Kühlbauteil 12 während die/jede Ausnehmung
60 zur Justierung eines zugehörigen starren Verbindungselemen
tes 36 dient. Mit Hilfe der Andrückvorrichtung 38 wird also
nicht nur die Trägerplatte 14 mit dem chipförmigen Bauelement
20 sowie die Leiterplatte 40 genau passend zum Kühlbauteil 12
festgelegt, sondern gleichzeitig mit den starren Verbindungs
elementen 36 der entsprechende galvanische Kontakt zwischen
Kontaktflächen 16 an der Trägerplatte 14 und bspw. dem Anschluß
30 hergestellt.
Die Erhebungen 62 dienen zum Andrücken der Trägerplatte 14
entweder unmittelbar oder über das chipförmige Bauelement 20
an das Kühlbauteil 12. Eine in sich geschlossene umlaufende
Erhebung 66 ist als Dichtungswulst ausgebildet, ebenso wie ein
äußerer umlaufender Dichtungswulst 64. Eine Weichvergußmasse 68
bedeckt das auf dem Trägerkörper 14 befestigte chipförmige
Bauelement 20.
Bei der Realisierung von Schaltungsanordnungen kann es sinnvoll
sein, wenn das Brückenelement 42 lediglich einen Teil der
Schaltung als Drückelement erfaßt und bei Druckbeaufschlagung eben
nur den entsprechenden Teil zusammendrückt, elektrisch
kontaktiert oder fixiert. In solchen Schaltungsanordnungen ist
es dann möglich, durch ein zweites und eventuell weiterer
Brückenelemente 42, wie sie bereits beschrieben wurden, die
komplette Schaltungsanordnung in der beschriebenen Weise
aufzubauen.
Bei der Realisierung einer Schaltungsanordnung in eben
beschriebener Weise ist der Einsatz zumindest eines
Brückenelementes 42 möglich, das aus elektrisch leitendem
Material gebildet worden ist oder eine geeignete elektrisch
leitende Oberfläche besitzt, dadurch kann gleichzeitig zu der
Funktion der Druckbeaufschlagung und der Fixierung der einzelnen
Bauteile die elektrische Kontaktierung zumindest teilweise durch
die so gestalteten Brückeneinrichtungen übernommen werden.
Weiter ist es auch möglich, mehrere Brückenelemente 42
flexibel leitend oder isolierend miteinander zu verknüpfen, um
die erfindungsgemäßen Funktionen sicherzustellen, damit können
Schaltungsanordnungen mit großem Integrationsgrad aufgebaut
werden.
Erfinderische Schaltungsanordnungen lassen sich sehr vorteilhaft
aufbauen, wenn Verbindungselemente 26, 36 federnd ausgeführt
sind, da bei Druckbeaufschlagung durch das Brückenelement 42 ein
konstanter Anpreßdruck und/oder eine stabile elektrische
Kontaktierung gewährleistet ist.
Claims (6)
1. Schaltungsanordnung bestehend aus einem Kühlbauteil (12),
mindestens einer Trägerplatte ( 14), mindestens einem
Substrat (28) mit Anschlüssen (36), Halbleiterbauelementen
(20), Kontaktflächen (22, 30), Verbindungselementen (26),
und einer Andrückvorrichtung (38) mit zerstörungsfrei
zerlegbarem Druckkontaktaufbau,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Andrückvorrichtung (38) aus einem Brückenelement (42)
besteht, das auf seiner dem Kühlbauteil (12) zugewandten
Seite so profiliert ist, daß für das Kühlbauteil (12), die
mindestens eine Trägerplatte (14), die Kontaktflächen (16,
22, 30), das mindestens eine Substrat (28, 34), die
Bauelemente (20), die Anschlüsse (36) und die Verbindungselemente
(16, 26, 30, 36) entsprechende Erhebungen (62, 64,
66) oder Einsenkungen (58) ausgebildet sind, wodurch diese
Teile bei Druckbeaufschlagung zusammengedrückt oder fixiert
und schaltungsgerecht elektrisch kontaktiert werden.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Brückenelement (42) aus einem Kunststoff geformt
ist, der aus einem elektrisch leitenden Material besteht.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kunststoff aus der Familie ungesättigter Polyester-
oder Polyester-Melamin-Formmassen gebildet wird.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Brückenelement (42) ein Verbundwerkstoff ist und
mindestens teilweise aus elektrisch leitendem Material
besteht.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Brückenelement (42) Erhebungen (64,
66) als in sich geschlossene Dichtungswulste ausweist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die mechanische Verbindung (46, 48, 50, 52) zwischen dem
Brückenelement (42) und dem Kühlbauteil (12) mindestens ein
Federelement aufweist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4131200A DE4131200C2 (de) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | Schaltungsanordnung |
DE9113498U DE9113498U1 (de) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | Schaltungsanordnung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4131200A DE4131200C2 (de) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | Schaltungsanordnung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4131200A1 DE4131200A1 (de) | 1993-04-01 |
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